發(fā)布時間：2021-04-05 04:45

　　鋰冶金是有色金屬行業(yè)里的重要組成部分。作為一種基礎(chǔ)材料,鋰及鋰合金在航天、電力、運(yùn)輸、機(jī)械、軍工等眾多領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用。近些年來,隨著鋰電池等行業(yè)的不斷興起,鋰電解工業(yè)也得到了迅速的發(fā)展,我國鋰資源豐富,是世界主要的鋰生產(chǎn)國。然而,鋰冶金工業(yè)一直以來也存一些問題,例如能耗過大,電解得到的金屬鋰純度較低,其中電解工序在鋰冶金工業(yè)的工藝流程中占比很大。因此通過優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu)參數(shù),提高鋰電解槽電解效率可以有效降低鋰冶金工業(yè)的能耗。鋰電解槽在工業(yè)生產(chǎn)中降低能耗的有效途徑是在達(dá)到電解溫度的條件下盡可能降低鋰電解槽中的電解溫度。因此選取電解槽四個主要結(jié)構(gòu)參數(shù),通過仿真優(yōu)化得到最佳的電解槽結(jié)構(gòu)參數(shù)組合,在該組合下電解槽的電解效率最高。并且通過改變電解過程中消耗最大的氯化鋰物料,來調(diào)節(jié)電解質(zhì)的成分和電解溫度。通過分析在鋰電解槽處于熱平衡狀態(tài)下氯化鋰添加量與電解槽溫度等參數(shù)的關(guān)系,得出在電解槽穩(wěn)定工作狀態(tài)每個工時最佳的氯化鋰添加量,從而使得能夠鋰電解槽在正常電解條件下,以較低的電解溫度進(jìn)行電解生產(chǎn),達(dá)到節(jié)約能源、提高電解效率的目標(biāo)。本論文完成的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:（1）建立懸掛式陰極金屬... 

【文章來源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

懸掛式陰極鋰電解槽二維簡圖

第二章鋰電解槽電場數(shù)值模擬11（a）實(shí)體模型（b）網(wǎng)格劃分模型圖2.2四分之一鋰電解槽模型電解槽四分之一模型網(wǎng)格劃分后單元數(shù)為120708，頂點(diǎn)單元數(shù)為29，邊單元數(shù)為832，邊界單元數(shù)為18589。表2.1為氯化鋰、氯化鉀和氯化鋰-氯化鉀的性質(zhì)。工程實(shí)踐中熔鹽電解制備金屬鋰時，氯化鋰-氯化鉀低共熔混合物在352℃左右的時候熔化，所以通常使用氯化鋰-氯化鉀熔鹽體系。熔融低共熔混合物的特性對電解產(chǎn)品的質(zhì)量和電解過程是非常重要的，將影響生產(chǎn)鋰的效率。表2.1氯化鋰、氯化鉀和氯化鋰-氯化鉀的性質(zhì)性質(zhì)氯化鋰氯化鉀共晶熔鹽熔點(diǎn)/℃605765362沸點(diǎn)/℃13621427—蒸發(fā)熱/（kJ/mol）154.376180.587—在電解槽正常工作后，隨著電解過程的進(jìn)行氯化鋰會電離變?yōu)殇囯x子，逐漸向陰極靠攏聚集。電解生成的鋰金屬通過電解質(zhì)開始上浮到熔鹽表面，這是因?yàn)殇嚨拿芏群苄�，比重的差異造成熔融鋰上升抬起便于收集。在陽極周圍則會產(chǎn)生和聚集大量的氯氣，因?yàn)槁葰馍⑹г谥車h(huán)境中會造成比較嚴(yán)重的污染，對工作人員有害，所以需要在則在陽極上方對氯氣做收集處理。電解槽內(nèi)因?yàn)楦舭宓淖钃�，反�?yīng)生成的金屬鋰會與氯氣分開，隔板的作用即為避免槽內(nèi)生成的鋰和氯氣發(fā)生二次反應(yīng)，從而使得電解效率下降。雖然該設(shè)備在反應(yīng)中的電化學(xué)體系的電解質(zhì)為質(zhì)量比為1:1的氯化鋰-氯化鉀低共熔混合物，但是在電解過程中氯化鋰消耗很快，因此電解過程中需要不斷補(bǔ)充，氯化鉀的消耗速度比較慢，主要是散失在環(huán)境中揮發(fā)流失，所以補(bǔ)充的量比較少，對電解槽工況的影響也比較校電解槽的溫度控制在420℃左右，它比混合料的熔點(diǎn)（約360℃）高出60℃,選擇石墨作為電極，負(fù)極材料為低碳鋼。由于金屬鋰的熔點(diǎn)為180℃，密度為0.534g/cm3。金屬鋰在陰極析出后，立刻以液態(tài)形式浮于電

第二章鋰電解槽電場數(shù)值模擬13從而使得電解槽熔體電壓增大，電解槽的能耗變大。因此模擬分析得出最佳條件進(jìn)行電解，使得槽內(nèi)熔體電壓及電流密度都位于合理范圍內(nèi)，在滿足電解正常進(jìn)行所需要的條件下，盡可能地提高電解槽的電解效率。隔板的作用是阻止電解反應(yīng)生成的金屬鋰與陽極附近產(chǎn)生的氯氣發(fā)生二次反應(yīng)，同時隔板下半部分為孔狀結(jié)構(gòu)，保證電解質(zhì)可以在陰極與陽極之間流動使得電解反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。因?yàn)榻饘黉嚨拿芏群苄�，所以生成的金屬鋰懸浮在電解槽上部，通過導(dǎo)鋰管流入到真空吸取裝置中的澆注模進(jìn)行澆注。圖2.3電解槽電場切片圖如圖2.3所示為電解槽的電場切片圖，從電解槽模型的電場切片圖可以看出：電解槽內(nèi)電場的分布區(qū)域包括陽極區(qū)、陰極區(qū)和熔鹽區(qū)。其中陽極區(qū)域電勢最高，陰極區(qū)域電勢最低，金屬鋰單質(zhì)主要在陰極表面析出，并緩慢上升至熔鹽表面。由于反應(yīng)主要集中在陽極和陰極之間的部分，因此該區(qū)域以外的位置如陰極與熔鹽間的區(qū)域電勢比較低，從而導(dǎo)致帶電離子在陰極與熔鹽之間的區(qū)域所受到的電場力很小進(jìn)而導(dǎo)致電解反應(yīng)較慢。位于陽極與陰極間的電解質(zhì)區(qū)域的電壓分布呈現(xiàn)梯度變化，變化趨勢明顯得從陰極到陽極電壓逐漸增加。從電解槽電場分布可以看出當(dāng)陰陽極間相對接觸面積變大時，陰極和陽極中間的電解質(zhì)會變得更多，由此而導(dǎo)致在實(shí)際中的電化學(xué)反應(yīng)也更迅速，所以電解槽的電場分布為電解槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考依據(jù)，根據(jù)電場切片分布選擇所要優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)為電解槽內(nèi)的陽極直徑、陽極插入深度、極間距和陰極插入深度四個主要參數(shù)。2.2.1陽極直徑對電場分布的影響由上一節(jié)的仿真結(jié)果，選陽極直徑a分別是180mm，200mm，220mm，240mm，

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3119161